移位寄存器74HC164在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，或許比你想象的還要多

在現(xiàn)有的電子產(chǎn)品中，74HC164（下簡(jiǎn)稱164）扮演著重要的角色。它在以下三個(gè)方面有著典型的應(yīng)用：

1） 八段數(shù)碼管顯示

2） LED燈；

3） 按鍵掃描。

在其它的一些方面上也有應(yīng)用，比如顯示模塊。但應(yīng)用的原理是一樣的。

164是八位并行輸出移位寄存器。有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，一個(gè)時(shí)鐘輸入端，八個(gè)輸出端。我們一般將兩個(gè)輸入端連在一起當(dāng)一個(gè)輸入端來用。當(dāng)時(shí)鐘脈沖由“0”到“1”的跳變時(shí)，觸發(fā)移位，即上升沿觸發(fā)。當(dāng)觸發(fā)時(shí)，八位并行輸出的最低位Q0得到數(shù)據(jù)端的信號(hào)（DATA），原Q0的數(shù)據(jù)上移一位，即Q1，依次類推，Q6上移到Q7，Q7的數(shù)據(jù)遺失。

因此，我們充分利用這點(diǎn)特性，來解決單片機(jī)口線緊張的問題。使用單片機(jī)的兩個(gè)I/O口，一個(gè)用作時(shí)鐘(CLK)，一個(gè)用作數(shù)據(jù)(DATA),通過軟件模擬串行輸出，經(jīng)過164移位，得到并行的輸出。164要求數(shù)據(jù)在CLK的上升沿之前有25ns的建立時(shí)間，上升沿之后要有5ns的保持時(shí)間。如果單片機(jī)使用4MHz的晶振，一條單字節(jié)指令的執(zhí)行時(shí)間是1us,使用8MHz的晶振是0.5us，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于164要求的時(shí)間。所以在建立和保持?jǐn)?shù)據(jù)上不用考慮是否164會(huì)“忙不過來”。

在八段數(shù)碼管上的應(yīng)用：

現(xiàn)在一般使用兩個(gè)八位數(shù)碼管，組成一個(gè)可以顯示兩位數(shù)的顯示模塊。數(shù)碼管有8個(gè)信號(hào)引腳，一個(gè)片選引腳。當(dāng)片選被選中，加在段碼管腳上的電平有效。我們使用單片機(jī)的四個(gè)I/O口來控制這兩個(gè)數(shù)碼管，兩個(gè)片選，一個(gè)DATA，一個(gè)CLK。

在LED顯示上的應(yīng)用：

還是利用串入并出的原理，只不過是希望哪一個(gè)燈亮，就對(duì)哪個(gè)燈相應(yīng)的位置0（使之點(diǎn)亮的電平）。同時(shí)接I/O口到三極管上，實(shí)現(xiàn)片選。如果燈的數(shù)量小于8個(gè)則不必。這樣相比將LED直接接到I/O上，需要多消耗MCU幾倍甚至十幾倍的執(zhí)行時(shí)間，換來的是MCU口線的充分利用。

當(dāng)然，如果希望有若干個(gè)燈同時(shí)亮，就由單片機(jī)的DATA發(fā)出相應(yīng)位為0的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)過移位以后，使相應(yīng)LED點(diǎn)亮。這里也存在著片選先后的問題。

和上面一樣，如果先開片選再移位的話，移位速度快，幾個(gè)燈等于以同樣的亮度點(diǎn)亮；如果移位速度慢，則使小燈依次點(diǎn)亮。當(dāng)移位完成，開片選之后，同樣需要使并行數(shù)據(jù)保持一段時(shí)間，再關(guān)片選。

在按鍵掃描上的應(yīng)用：

同樣使為了節(jié)約口線，使用164進(jìn)行按鍵掃描。一般的顯示板上的按鍵不會(huì)超過8個(gè)，所以不用加片選信號(hào)。僅僅由單片機(jī)的一個(gè)I/O口來讀按鍵公共端即可。原理是這樣的：按鍵公共端經(jīng)過兩個(gè)電阻接VCC，兩個(gè)電阻之間抽頭到MCU。按鍵的另一段接164的Q0~Q7。

綜合應(yīng)用：

在產(chǎn)品中，大部分情況是164同時(shí)肩負(fù)著數(shù)碼管，LED顯示和按鍵掃描的任務(wù)。這些任務(wù)的協(xié)調(diào)也很重要。硬件上需要對(duì)每個(gè)應(yīng)用電路都加上片選，以保證在一個(gè)器件（如數(shù)碼管）使用164的時(shí)候不會(huì)干擾到其它器件；

同時(shí)按鍵需要加二極管以保證在顯示任務(wù)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)按鍵的誤判（比如按鍵一端上是高電平，正好按鍵被按下，但是單片機(jī)讀的是高電平，仍然按沒有按下處理）。

在軟件上要盡量使各個(gè)任務(wù)的時(shí)間分散，避免出現(xiàn)局部閃爍，或者靈敏度不高的情況。對(duì)模擬串口的程序需要盡量?jī)?yōu)化使之效率最高。在開一個(gè)片選之前需要關(guān)閉其它的片選，以防器件間的干擾，良好的習(xí)慣是使用完一個(gè)器件之后就關(guān)掉它，使用的時(shí)候再開。還有一個(gè)需要注意的問題是模擬串口程序是否可重入的問題。

雖然現(xiàn)在很多任務(wù)沒有使用中斷來調(diào)用此程序，但是不避免“意外”的情況，兩個(gè)任務(wù)同時(shí)調(diào)用模擬串口程序，使寄存器數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，產(chǎn)生錯(cuò)誤。比較好的方法是盡量利用堆棧，而不是對(duì)同一個(gè)寄存器賦值（但同時(shí)也加大了RAM的使用量）。

審核編輯：湯梓紅